基于BIM的建筑低碳设计PDF文本建筑方案设计PDF文本

基于BIM的筑低碳设计摘要：在发展低碳经济的道路上，筑的“节能”和“低碳”注定成为绕不开的话题，目前低碳筑已逐渐成为国际筑界的主流趋势。随着IT技术的不断发展以及4D/ND模型、设工程生命周期管理、筑信息模型等理论研究的不断发展和深入，将筑碳排放量的计算方法融合到BIM模型中，通过参数修改进行比选，达到低碳的筑设计，实现筑全寿命周期的绿色低碳。关键词：BM筑低碳生命周期评价清单分析 Abstract:In the economic development of low carbon,the features of "energy"a ND "low carbon"in building are destined to important topics,a ND currently,low carbon architecture has become the main trend of international construction.With the continuous development of IT fechnology,4D/ND model,lifecycle management of project,the theory research of construction information model,the calculation method of carbon emissions is inserted into the BIM model,through parameters modification,to achieve low carbon architectural design,to realize green low carbon in the life cycle of building Key words:BIM a low carbon Building Life cycle assessment List analysis 興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

中国，筑设计业的竞争压力使得国内越来越多的设计院、筑师开始寻找新的 CAD技术，希望通过先进的技术改善设计质量，提高生产力。重庆大学的筑城规学院最早开始了国内的BIM技术上的科研和教学。在九十年代就开始，天津大学筑设计研究院的一级注册筑师张益勋先生，使用BM应用软件 ArchiCAD进行筑设计。在2009年1月，清华大学的张平等人发表了论文《基于FC的BM三维几何模及模型转换》，为了满足BM在筑工程不同阶段的应用需求，在BM技术上，他们在论文中提出了一种基于AutoCAD图形引擎的BIM 三维实体模以及将其转换为表面模型的方法。迄今为止，我国还没有研制出基于BIM技术的筑工程应用软件，只是开始了关于BIM技术的基础性研究和IFC 推广工作。1.1.2对低碳筑的研究综述近年来国外对低碳筑方面的研究、探索和部署已取得实质性的进展，这些进展具体包括政府政策的出台执行，资金的筹集，群众低碳意识的普及以及各类示范项的完戒值得F提的是英国最新的」个示范案例C金斯潘往宅(th?Kingspan Lighthouse)向人们展示出，代表“可持续住宅规范”中最高标准的“零碳排放住宅”(Zero Carbon Homes),即英国所有新住宅至20l6年时必须达到的标准。在低碳筑的研究上，英国一直走在前端，开展了大量强调全面考虑筑节能和CO2减排策略的科研项目，如“完整的可持续设计理念”、“可变未来”、“如何使低碳筑设计适应气候变化”、“筑的碳减排研究”等。另外对低碳筑的筑研究，目前开展了绿色节能筑的认证，英国的BREEAM及美国的LEED是实践和应用得比较早的体系，低碳筑的评价可以在此基础上发展。但对于如何计算筑物的碳排放量，除德国2008年推出的 DGNB可持续筑评估技术体系外，目前还没有其他更为科学、专业的计算方法。1.2本文的研究思路借鉴BM、低碳筑的相关文献，基于BM是集成筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，对工程项目相关信息详尽的数字化表达的特点，在BIM技术 3 興尚理览素前网ZC.NE1

和筑能耗分析、目前筑D模型的研究的基础上，根据当前低碳经济的发展要求，结合筑碳排放的计算和评价模型，本文提出了基于BIM的筑低碳设计。2BM及其应用 2.1BM的涵义设工程信息化一一BLM理论与实践丛书中对BM(Building Information Mode)的定义是：BIM以三维数字技术为基础，集成筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，对工程项目相关信息详尽的数字化表达。其结构是一个包含有数据模型和行为模型的复合结构。它除了包含与几何图形及数据有关的数据模型外，还包括与管理有关的行为模型，两者结合通过关联为数据赋予意义，因而可以模拟真实世界的行为。不同的组织和研究机构对BM有不同的理解和定义，但BIM定义中不外乎包含以下两个特点：(1对设工程停息的定龙包拿了设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息，涉及到了设工程全过程各个方面的项目信息，不仅仅局限于狭义上的筑物三维模型几何信息：(2)对设工程一种可计算/可运算的形式表现，强调了对信息完全数字化的要求，这也是它从根本上不同于以往的信息技术应用，可以使信息化在筑行业得以深入发展的一个关键。2.2BIM的特点筑信息模型BM具有以下特点：(1)以筑单元为基本对象。筑信息模型BM采用关联性来描述筑单元，以墙、窗、梁、柱等筑构件为基本对象（见图1），而不是CAD中的点、线、面等几何元素，并将筑单元的各种真实属性通过参数的形式进行模拟，进行相关数据信息描述5可。在筑信息模理筑素衬阀Z.Z.ET

型中，筑单元可以模拟除几何形状外的一些非几何属性，如材料信息、造价信息、设备信息等等。图1筑信息模型的墙、窗、粱、柱等基本单元 (2)筑信息文档生成、修改、维护简单，关联修改可自动避免二维图纸设计过程中平、立剂面之间可能产生不一致的错误。J (3)支持各学科（专业）在同一数据平台的协同工作。它基于FC标准，是筑生命周期各种信息的集成，基本前提是为土木筑造过程中的不同参与者之间提供相互协作，方便地对数据信息进行更新或修改等处理。因此，BM是基于开放标准(FC)的、用于相互协作的共享数字式信息描述模型。(4)具有强大的可视化展示及分析功能，可以清晰分析设计过程中可能产生的问题。由于设计工作是一个反复修改的过程，通过BM可将结构分析和计算从模型的立、计算的实施到结果的输出中所涉及的大量数据转换成图形或图像，直观地显示在计算机屏幕上，让设计者能方便分析计算结果的正确性与合理性7-⑧)。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

2.3ND模型—BM(筑信息模型)的延伸 ND的定义：ND模型是筑物信息模型的延伸，它包括筑设施全寿命各个阶段所需的多方面的设计信息。ND模工具通过使用交互性的数据标准，基于标准ICT(nformation aND Communications Technology)的多学科筑物设计和分析应用软件来实现ND模型。ND即是在3D模型的基础上，加上成本、进度等参数，使之成为多维计算模型。该模型可以描绘整个设计和施工过程，使用者能够看到和模仿整个项目设过程，是工程项目集成化管理的最终体现（见图2）。从BM模型功能的角度来看（表象）：仅实现了“基于3D、所见即所得”的设计功能，除此之外没有整合其它扩展功能，如结构分析、能量分析、费用计算等。为此，如何将大量非直接的、与模型图元相关联的各种扩展数据整合到信息模型中，逐步实现4D、5D;直至形成完整的、唯一的、“包罗万象”的ND 筑信息模型，将是未来设买程信息化发展个主要的、有代表性的方向。对基于BM的低碳筑设计的研究也正是基于这方面而开展的研究。以CAD为基础的筑模型成本预测计算支持BM技术的能耗计算其他专业软件施工优化基于IFC实体模型分析筑数据支持BIM技术的工程安至成本预测数据其他专业软件分析能耗计算数据工程耐久性支持BM技术的分析其他专业软件工程信息资源利用计算以对象为基础的其他筑模型图2基于BIM的应用 6 興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

3基于BIM低碳筑设计模型最近召开的哥本哈根会议(COPl5 United Nations Climate Change Conference Copenhagen7一18Dec2009)指出应尽快减少碳排放总量，确保全球平均温度的升幅不超过两摄氏度。再一次使全球气候变化成为公众关注的焦点。而由此引发的一系列政策变革，及其对国际一体化和区域间合作的冲击，也必然影响到社会生产和人民生活的各个层面。考虑到筑在人们日常生产、生活中所起到的重要作用，以及其在社会整体耗能和CO2排放总量中所占的巨大比例，节能和CO2减排已逐步成为今天筑设计的重要目标，低碳筑己成为当前低碳经济下筑行业发展的一种不可逆转的趋势。3.1低碳筑的概念学界目前并没有明确的低碳筑的定义，至于碳排量降低到什么程度可以称为低碳筑，目前也没有具体的数值。定义低碳筑，可以参照低碳经济等相关概念。低碳经济是，藏少温童系体排放为日标，以低能耗S低污染为基础的经济模式，其实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP,核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。低碳筑可以被认为是实现尽可能少的温室气体排放的筑。依据低碳经济的概念，我们可将低碳筑定义为，在筑的全生命周期内，以低能耗、低污染、低排放为基础，最大限度地减少温室气体排放，为人们提供具有合理舒适度的使用空间的筑模式。3.2筑生命周期的碳排放至于碳排量降低到什么程度可以称为低碳筑，目前也没有具体的数值。只有通过筑碳排放的计算，经过不同设计方案的比选，得到较优的低碳筑设计方案。为了得到筑的碳排放计算模型，我们必须清楚筑的碳排放来源。之前，还得界定本模型考量的边界。评判低碳筑的模型，实际上就是衡量筑都己环境影响的评价。由于在研興尚理筑素前网Z.ZC.NE1

究筑物的环境影响评价方面，比较有代表性影响的是清华大学张智慧的研究，他应用了筑物的生命周期思想，将筑看作产品系统，认为筑物的生命周期包括原材料的获取、筑材料的加工制造、筑构件的生产、筑物的施工、运营使用及拆除处理的整个过程⑨。为此，将本模型考量的边界也定为筑的全寿命周期的系统（见图3)。其他系统基本流物化阶段使用阶段再循环运营和维护N 拆除装置施工和安装再循环概选设划构配件筑材料，加工制造生产原材料获取运输 Z.JZ$C.N正基本流其他系统 3筑生命周期低碳排放评价系统边界筑生命周期的碳排放是指把筑产品的全生命周期看成一个系统，该系统由于消耗能源、资源向外界环境排放的总碳量。筑生命周期的碳排放来源如图 4所示，包括了筑物生命周期物化阶段、使用阶段以及拆除处置阶段的碳排放 (其中规划设计阶段不产生实物碳排放)。需要指出的是，筑物使用阶段的碳排放仅由采暖、通风、空调、照明等筑设备对能源的消耗造成，不包含由于使用各种家用电器设备而导致的能源消耗与碳排放10，例如，使用洗衣机所消耗的电能而产生的碳排放，由于不是为实现筑功能所需求的，所以就不包含在筑生命周期碳排放中。8 興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

物化阶段拆除处置阶段使用阶段材生产施工阶段拆除阶段处置阶段碳排放筑材料施工机具采暖、通筑物陈废弃物及构配件产生的碳风、空旧破损需筑垃圾进在生产、排放；施调、照明拆除时由行焚毁、制造、加工辅助材等筑设于爆破和掩埋等处工、搬运料生产时备以及修使用施工置时产生过程中所的碳排放缮时的碳机具产生的碳排放产生的碳排放的碳排放排放图4筑物全寿命周期各阶段碳排放来源 3.3计算筑碳排放量的模型关于模型的横向评价标准即单位的设定，用每年每平方米筑面积的碳排放量作为评价指标可以有效消除由手筑物规模，设计年限不同带来的影响，可使评价结果之间具有一致性和可比性。因此，筑生命周期碳排放的功能单位为单位筑面积的年碳排放量。3.3.1在BM模型中立基于生命周期评价理论(LC)的定量评价系统 1990年国际环境毒理学和化学学会(SETAC)首次系统地提出了生命周期评价概念，它将生命周期评价定义为：一种通过对产品、生产工艺及活动的物质、能量的利用及造成的环境排放进行量化和识别而进行环境负荷评价的过程：是对评价对象能量和物质消耗及环境排放进行环境影响评价的过程：也是对评价对象改善其环境影响的机会进行识别和评估的过程。生命周期评价包括产品、工艺过程或活动的整个生命周期，即原材料的开采、加工，产品制造、运输和分配，使用、重新利用、维持，循环以及最终处理。SETAC将生命周期的基本结构分为目标范围确定、清单分析、影响评价和改善评价四部分，其中，清单分析是最重要的一个环节。介于此，本评价模型采用基于生命周期理论立定量的评价系统。9 興尚理筑素前阀Z.ZC.ET

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